JPH07106247A - シリコン薄膜の結晶化方法および表示装置 - Google Patents
シリコン薄膜の結晶化方法および表示装置Info
- Publication number
- JPH07106247A JPH07106247A JP25068193A JP25068193A JPH07106247A JP H07106247 A JPH07106247 A JP H07106247A JP 25068193 A JP25068193 A JP 25068193A JP 25068193 A JP25068193 A JP 25068193A JP H07106247 A JPH07106247 A JP H07106247A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- silicon thin
- crystallized
- substrate
- laser light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Abstract
(57)【要約】
【目的】 均質な結晶性をもったポリシリコン薄膜を得
る。 【構成】 キセノンフラッシュランプ５などを用い、短
時間アニールにより少なくともシリコン薄膜２の表面部
分を均質に結晶化させ、その後、エキシマレーザービー
ム３をオーバーラップさせながらシリコン薄膜２を照射
し、膜全体の結晶性を高め均質で高性能なポリシリコン
薄膜２′を得る。
る。 【構成】 キセノンフラッシュランプ５などを用い、短
時間アニールにより少なくともシリコン薄膜２の表面部
分を均質に結晶化させ、その後、エキシマレーザービー
ム３をオーバーラップさせながらシリコン薄膜２を照射
し、膜全体の結晶性を高め均質で高性能なポリシリコン
薄膜２′を得る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は基板上に作成したシリコ
ン薄膜の結晶化(本明細書ではポリシリコンからポリシ
リコンへの再結晶化も含めて、区別せずに結晶化と表現
する)方法と、これを用いた半導体デバイスの製造プロ
セスに関わるものである。なかでも本発明で特に注目し
ているのは、ガラス基板上の薄膜トランジスタ(以下、
ＴＦＴという)等に用いるポリシリコン薄膜のパルスレ
ーザーによる結晶化方法と、このＴＦＴを用いた液晶表
示装置(以下、ＬＣＤという)である。
ン薄膜の結晶化(本明細書ではポリシリコンからポリシ
リコンへの再結晶化も含めて、区別せずに結晶化と表現
する)方法と、これを用いた半導体デバイスの製造プロ
セスに関わるものである。なかでも本発明で特に注目し
ているのは、ガラス基板上の薄膜トランジスタ(以下、
ＴＦＴという)等に用いるポリシリコン薄膜のパルスレ
ーザーによる結晶化方法と、このＴＦＴを用いた液晶表
示装置(以下、ＬＣＤという)である。
【０００２】
【従来の技術】以下、ＬＣＤ用のポリシリコンＴＦＴの
作成に使用されているシリコン薄膜の作成方法を例に説
明を行う。
作成に使用されているシリコン薄膜の作成方法を例に説
明を行う。
【０００３】ＴＦＴを用いたＬＣＤで現在、主流となっ
ているのは、アモルファスシリコンＴＦＴを用いたもの
とポリシリコンＴＦＴを用いたものの２種類である。こ
れらのうち、後者のポリシリコンＴＦＴを用いた場合
は、表示画面部の画素用トランジスタと表示画面の周辺
駆動回路用トランジスタを同一基板上で同時に作成する
こともできるので、同じ画面サイズであっても画面周辺
部(非表示部)の面積の小さなコンパクトなＬＣＤを実現
できる。
ているのは、アモルファスシリコンＴＦＴを用いたもの
とポリシリコンＴＦＴを用いたものの２種類である。こ
れらのうち、後者のポリシリコンＴＦＴを用いた場合
は、表示画面部の画素用トランジスタと表示画面の周辺
駆動回路用トランジスタを同一基板上で同時に作成する
こともできるので、同じ画面サイズであっても画面周辺
部(非表示部)の面積の小さなコンパクトなＬＣＤを実現
できる。
【０００４】さらに、低温プロセス(最高基板温度約600
℃；ここで述べる基板温度は熱平衡が保たれたような状
態での温度である)で作られたポリシリコンＴＦＴの作
成技術は、大版のガラス基板が使えるため大幅なコスト
ダウンを実現する技術として注目されている。なかでも
パルスレーザーによるシリコンのレーザー結晶化法を用
いたポリシリコンＴＦＴプロセスは、さらに低温域(最
高基板温度300℃〜500℃；そのためアモルファスシリコ
ンＴＦＴと同じ比較的安価で大きなガラス基板が使用で
きる)でありながら、高性能なＴＦＴを形成できる技術
として精力的な開発が行われている。
℃；ここで述べる基板温度は熱平衡が保たれたような状
態での温度である)で作られたポリシリコンＴＦＴの作
成技術は、大版のガラス基板が使えるため大幅なコスト
ダウンを実現する技術として注目されている。なかでも
パルスレーザーによるシリコンのレーザー結晶化法を用
いたポリシリコンＴＦＴプロセスは、さらに低温域(最
高基板温度300℃〜500℃；そのためアモルファスシリコ
ンＴＦＴと同じ比較的安価で大きなガラス基板が使用で
きる)でありながら、高性能なＴＦＴを形成できる技術
として精力的な開発が行われている。
【０００５】図５はパルスレーザーとしてエキシマレー
ザーを用いた従来のシリコン薄膜の結晶化方法の様子を
説明する概要斜視図である。基板１上に形成されたシリ
コン薄膜２に対して、長方形に整形されたエキシマレー
ザービーム３を照射する。長方形のエキシマレーザービ
ーム３のビーム内エネルギー分布の一例を図６に示し、
図６(1)はＸ−Ｙ平面での分布状態図、図６(2)は(1)の
Ｘ方向でのエネルギーの大きさを示し、周辺部以外は、
できるだけ均一エネルギー密度になるよう光学部品４を
用いてビーム整形が行われている。多くの場合(特にＬ
ＣＤの場合)、レーザービームのサイズ(横Ｂxと縦Ｂy)
が実現しようとする半導体装置のサイズより小さいた
め、１回の照射だけでは必要な領域をすべて結晶化する
ことはできない。そのため、レーザービームはＸ方向に
はｄx、Ｙ方向にはｄyずつ移動しながら、かつレーザー
ビームの一部分をオーバーラップさせながら複数回照射
される。このとき、相対的に基板の方を動かす場合もあ
る。
ザーを用いた従来のシリコン薄膜の結晶化方法の様子を
説明する概要斜視図である。基板１上に形成されたシリ
コン薄膜２に対して、長方形に整形されたエキシマレー
ザービーム３を照射する。長方形のエキシマレーザービ
ーム３のビーム内エネルギー分布の一例を図６に示し、
図６(1)はＸ−Ｙ平面での分布状態図、図６(2)は(1)の
Ｘ方向でのエネルギーの大きさを示し、周辺部以外は、
できるだけ均一エネルギー密度になるよう光学部品４を
用いてビーム整形が行われている。多くの場合(特にＬ
ＣＤの場合)、レーザービームのサイズ(横Ｂxと縦Ｂy)
が実現しようとする半導体装置のサイズより小さいた
め、１回の照射だけでは必要な領域をすべて結晶化する
ことはできない。そのため、レーザービームはＸ方向に
はｄx、Ｙ方向にはｄyずつ移動しながら、かつレーザー
ビームの一部分をオーバーラップさせながら複数回照射
される。このとき、相対的に基板の方を動かす場合もあ
る。
【０００６】結晶化されたシリコン薄膜を用いた薄膜ト
ランジスタの性能を高めるためにもレーザービームの一
部分をオーバーラップさせながらの複数回の照射が必要
であり、結果的にそれぞれの薄膜トランジスタが作成さ
れる場所について、総計10〜100ショット程度のレーザ
ー照射が必要となる。
ランジスタの性能を高めるためにもレーザービームの一
部分をオーバーラップさせながらの複数回の照射が必要
であり、結果的にそれぞれの薄膜トランジスタが作成さ
れる場所について、総計10〜100ショット程度のレーザ
ー照射が必要となる。
【０００７】このようなレーザー照射により、シリコン
薄膜２は結晶化されポリシリコン薄膜２′が形成され
る。この後、結晶化されたポリシリコン薄膜２′を用い
てＴＦＴを作成し、さらにＬＣＤの構成に組立を行い、
ＴＦＴ−ＬＣＤを完成させる。上記内容に関しては、例
えば、雑誌「フラットパネル・ディスプレイ 1991」P.1
17〜P.128(日経ＢＰ社刊：1990年11月26日刊)参照。
薄膜２は結晶化されポリシリコン薄膜２′が形成され
る。この後、結晶化されたポリシリコン薄膜２′を用い
てＴＦＴを作成し、さらにＬＣＤの構成に組立を行い、
ＴＦＴ−ＬＣＤを完成させる。上記内容に関しては、例
えば、雑誌「フラットパネル・ディスプレイ 1991」P.1
17〜P.128(日経ＢＰ社刊：1990年11月26日刊)参照。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来のパルスレ
ーザーを用いたシリコン薄膜の結晶化方法において、最
も重大な課題の１つがパルスレーザーの照射痕状の結晶
性の不均一性である。図７は従来のシリコン薄膜の結晶
化方法で結晶化されたポリシリコン薄膜を用いた薄膜ト
ランジスタの移動度の分布例の様子を示す。これはＸ方
向の分布例であり、照射されたレーザービームの周辺部
の部分で非常に大きな特性の不均一性が発生し、ビーム
の移動量dxごとに移動度が落ち込んでいる。これはポリ
シリコン薄膜２′の結晶性の不均一性がそのまま素子
(ＴＦＴ)特性に反映したためと考えられる。
ーザーを用いたシリコン薄膜の結晶化方法において、最
も重大な課題の１つがパルスレーザーの照射痕状の結晶
性の不均一性である。図７は従来のシリコン薄膜の結晶
化方法で結晶化されたポリシリコン薄膜を用いた薄膜ト
ランジスタの移動度の分布例の様子を示す。これはＸ方
向の分布例であり、照射されたレーザービームの周辺部
の部分で非常に大きな特性の不均一性が発生し、ビーム
の移動量dxごとに移動度が落ち込んでいる。これはポリ
シリコン薄膜２′の結晶性の不均一性がそのまま素子
(ＴＦＴ)特性に反映したためと考えられる。
【０００９】図７には移動度のみを示したが、しきい値
電圧やオフ電流特性も同様に大きくばらつくことにな
る。この不均一な状態でＴＦＴ−ＬＣＤを作成すると、
以下のことが問題となる、その第１は、周辺駆動回路部
の動作速度が、ばらついた特性の悪い部分で制限される
ため、回路の動作マージンが小さくなる、あるいは動作
速度の上限が低下する。このことにより高密度表示が行
いにくくなるという課題である。
電圧やオフ電流特性も同様に大きくばらつくことにな
る。この不均一な状態でＴＦＴ−ＬＣＤを作成すると、
以下のことが問題となる、その第１は、周辺駆動回路部
の動作速度が、ばらついた特性の悪い部分で制限される
ため、回路の動作マージンが小さくなる、あるいは動作
速度の上限が低下する。このことにより高密度表示が行
いにくくなるという課題である。
【００１０】また第２は、表示部での移動度やしきい値
電圧のばらつきに伴い、表示部内でＴＦＴ信号書き込み
能力がばらつく、さらにオフ電流特性のばらつきのため
表示信号の保持能力もばらつき、そのため表示品位が低
下するといった課題である。
電圧のばらつきに伴い、表示部内でＴＦＴ信号書き込み
能力がばらつく、さらにオフ電流特性のばらつきのため
表示信号の保持能力もばらつき、そのため表示品位が低
下するといった課題である。
【００１１】このようなポリシリコン薄膜の結晶性の不
均一性を改善する方法は従来も検討されており、レーザ
ー照射時に基板全体を加熱しておく方法等も報告されて
いるが、移動度で依然±10％程度の大きなばらつきが残
っており、十分なものと言えない(例えば、Ｄigest of
Ｐapers ＭicroProcess′92. Ｔhe 5thＩnternational
Ｍicro Ｐrocess Ｃonference. JULY 13〜16，1992.
P.152参照)。
均一性を改善する方法は従来も検討されており、レーザ
ー照射時に基板全体を加熱しておく方法等も報告されて
いるが、移動度で依然±10％程度の大きなばらつきが残
っており、十分なものと言えない(例えば、Ｄigest of
Ｐapers ＭicroProcess′92. Ｔhe 5thＩnternational
Ｍicro Ｐrocess Ｃonference. JULY 13〜16，1992.
P.152参照)。
【００１２】本発明は、シリコン薄膜の結晶性の不均一
性ができるだけ小さくなるような、パルスレーザー(エ
キシマレーザー)応用のシリコン薄膜の結晶化方法を提
供し、さらには、作成されたポリシリコン薄膜を用いて
高性能(回路動作が早く動作マージンが大きい，画面の
表示品位が高い)表示装置(例えば、ＴＦＴ−ＬＣＤ)を
提供することを目的としている。
性ができるだけ小さくなるような、パルスレーザー(エ
キシマレーザー)応用のシリコン薄膜の結晶化方法を提
供し、さらには、作成されたポリシリコン薄膜を用いて
高性能(回路動作が早く動作マージンが大きい，画面の
表示品位が高い)表示装置(例えば、ＴＦＴ−ＬＣＤ)を
提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
し、目的を達成するため、シリコン薄膜の結晶化方法
は、基板上に形成したシリコン薄膜に対し、フラッシュ
ランプアニール法、または赤外線ランプアニール法、ま
たはＳＯＲ光照射により前記シリコン薄膜の少なくとも
表面部分を結晶化し、この後、レーザービームサイズが
前記結晶化を行った領域より小さい第１のパルスレーザ
ー光を前記結晶化領域に対して複数回照射し、かつ前記
第１のパルスレーザー光の複数の照射領域を重ね合わせ
ることを特徴とする。
し、目的を達成するため、シリコン薄膜の結晶化方法
は、基板上に形成したシリコン薄膜に対し、フラッシュ
ランプアニール法、または赤外線ランプアニール法、ま
たはＳＯＲ光照射により前記シリコン薄膜の少なくとも
表面部分を結晶化し、この後、レーザービームサイズが
前記結晶化を行った領域より小さい第１のパルスレーザ
ー光を前記結晶化領域に対して複数回照射し、かつ前記
第１のパルスレーザー光の複数の照射領域を重ね合わせ
ることを特徴とする。
【００１４】または基板上に形成したシリコン薄膜に対
し、第２のパルスレーザー光照射により前記シリコン薄
膜の少なくとも表面部分を結晶化し、その後レーザービ
ームサイズが前記結晶化を行った領域より小さい第１の
パルスレーザー光を前記結晶化領域に対して複数回照射
し、かつ前記第１のパルスレーザー光の複数の照射領域
を重ね合わせることを特徴とする
し、第２のパルスレーザー光照射により前記シリコン薄
膜の少なくとも表面部分を結晶化し、その後レーザービ
ームサイズが前記結晶化を行った領域より小さい第１の
パルスレーザー光を前記結晶化領域に対して複数回照射
し、かつ前記第１のパルスレーザー光の複数の照射領域
を重ね合わせることを特徴とする
【００１５】
【作用】本発明は、基盤上のシリコン薄膜に対し、実現
しようとする半導体装置と同一かまたは大きな領域につ
いて、基板全体が加熱しすぎない短時間アニールを行
い、シリコン薄膜の少なくとも表面部分を一度に結晶化
し、この後、短時間アニールで結晶化を行った領域より
レーザービームサイズが小さいパルスレーザー光(エキ
シマレーザー光)を結晶化領域に対して複数回照射し、
かつパルスレーザー光の複数の照射領域を重ね合わせる
ことである。
しようとする半導体装置と同一かまたは大きな領域につ
いて、基板全体が加熱しすぎない短時間アニールを行
い、シリコン薄膜の少なくとも表面部分を一度に結晶化
し、この後、短時間アニールで結晶化を行った領域より
レーザービームサイズが小さいパルスレーザー光(エキ
シマレーザー光)を結晶化領域に対して複数回照射し、
かつパルスレーザー光の複数の照射領域を重ね合わせる
ことである。
【００１６】本発明によれば、従来より均質なポリシリ
コン薄膜が得られる。さらに作成されたポリシリコン薄
膜を用いて高性能(回路動作が早く動作マージンが大き
い，画面の表示品位が高い)な表示装置(例えば、ＴＦＴ
−ＬＣＤ)を提供される。
コン薄膜が得られる。さらに作成されたポリシリコン薄
膜を用いて高性能(回路動作が早く動作マージンが大き
い，画面の表示品位が高い)な表示装置(例えば、ＴＦＴ
−ＬＣＤ)を提供される。
【００１７】
【実施例】本発明による短時間アニールの具体的手段と
しては、 (A) キセノンランプなどを用いたフラッシュランプアニ
ール法 (B) 赤外線ランプアニール法 (C) ＳＯＲ光照射による方法 (D) パルスエネルギーの大きなレーザー光照射による方
法 などがあげられる。
しては、 (A) キセノンランプなどを用いたフラッシュランプアニ
ール法 (B) 赤外線ランプアニール法 (C) ＳＯＲ光照射による方法 (D) パルスエネルギーの大きなレーザー光照射による方
法 などがあげられる。
【００１８】図１は本発明の第１の実施例におけるシリ
コン薄膜の結晶化方法の説明図であり、前述の手段(A)
に相当するものである。図１(a)に示すシリコン薄膜２
(厚さ100nmのアモルファスシリコン薄膜)を表面に被着
した基板１(ガラス基板)に対して複数本のキセノンフラ
ッシュランプ５を同期して発光させ、一度に基板表面を
短時間アニールする。
コン薄膜の結晶化方法の説明図であり、前述の手段(A)
に相当するものである。図１(a)に示すシリコン薄膜２
(厚さ100nmのアモルファスシリコン薄膜)を表面に被着
した基板１(ガラス基板)に対して複数本のキセノンフラ
ッシュランプ５を同期して発光させ、一度に基板表面を
短時間アニールする。
【００１９】このとき、基板１は基板の耐熱温度近くま
でヒータブロック６で加熱しておく。また、これらの操
作は真空チャンバー内で行われる。この工程によりシリ
コン薄膜２の表面が均一に結晶化する。
でヒータブロック６で加熱しておく。また、これらの操
作は真空チャンバー内で行われる。この工程によりシリ
コン薄膜２の表面が均一に結晶化する。
【００２０】次に、従来例の図５と同様の装置(図１
(b))でエキシマレーザービーム３の照射を行うことで、
キセノンフラッシュランプ５により表面を結晶化したポ
リシリコン薄膜２′を得る。レーザー光源は300Hzのパ
ルスレートで発振する150Ｗ(500mJ／パルス)のＸeＣlエ
キシマレーザーで行った。光学部品４により長方形に整
形したエキシマレーザービーム３は、基板１に対してＸ
方向にはdx、Ｙ方向にはdyずつ相対的に移動しながら複
数回照射される。本実施例の場合は、エキシマレーザー
ビーム３の光軸は固定し、ヒーターブロック６を備えた
ＸＹステージ７に基板１を保持し、基板の方を移動し
た。こうしてポリシリコン薄膜２の全体に結晶化をすす
めポリシリコン薄膜２′を作成した。
(b))でエキシマレーザービーム３の照射を行うことで、
キセノンフラッシュランプ５により表面を結晶化したポ
リシリコン薄膜２′を得る。レーザー光源は300Hzのパ
ルスレートで発振する150Ｗ(500mJ／パルス)のＸeＣlエ
キシマレーザーで行った。光学部品４により長方形に整
形したエキシマレーザービーム３は、基板１に対してＸ
方向にはdx、Ｙ方向にはdyずつ相対的に移動しながら複
数回照射される。本実施例の場合は、エキシマレーザー
ビーム３の光軸は固定し、ヒーターブロック６を備えた
ＸＹステージ７に基板１を保持し、基板の方を移動し
た。こうしてポリシリコン薄膜２の全体に結晶化をすす
めポリシリコン薄膜２′を作成した。
【００２１】このポリシリコン薄膜２′を使って薄膜ト
ランジスタを作成し、特性のばらつきを測定したところ
大幅に均一性が向上した。さらに、このＴＦＴを用いて
ＬＣＤを作成すれば、高性能(回路動作が早く動作マー
ジンが大きい，画面の表示品位が高い)なＴＦＴ−ＬＣ
Ｄとなった。なお、ＸＹステージ７に組み込まれたヒー
ターブロック６で基板加熱(約400度)を行ったところ、
さらに均一性が改善した。
ランジスタを作成し、特性のばらつきを測定したところ
大幅に均一性が向上した。さらに、このＴＦＴを用いて
ＬＣＤを作成すれば、高性能(回路動作が早く動作マー
ジンが大きい，画面の表示品位が高い)なＴＦＴ−ＬＣ
Ｄとなった。なお、ＸＹステージ７に組み込まれたヒー
ターブロック６で基板加熱(約400度)を行ったところ、
さらに均一性が改善した。
【００２２】図２は本発明の第２の実施例におけるシリ
コン薄膜の結晶化方法の説明図であり、前述の手段(B)
に相当するものである。シリコン薄膜２(厚さ100nmのア
モルファスシリコン薄膜)を表面に被着した基板１(ガラ
ス基板)に対して複数本の赤外線ランプ８を同期して発
光させ、一度に基板表面を短時間アニールする。このと
き、基板１は基板の耐熱温度近くまでヒータブロック６
で加熱しておく。また、これらの操作は真空チャンバー
内で行われる。この工程によりシリコン薄膜２の表面が
均一に結晶化する。続いて第１の実施例(図１(b))と同
様の工程でエキシマレーザービーム３の照射を行い、ポ
リシリコン薄膜２′を作成した。このポリシリコン薄膜
２′を使ってＴＦＴを作成し、特性のばらつきを測定し
たところ均一性が向上した。
コン薄膜の結晶化方法の説明図であり、前述の手段(B)
に相当するものである。シリコン薄膜２(厚さ100nmのア
モルファスシリコン薄膜)を表面に被着した基板１(ガラ
ス基板)に対して複数本の赤外線ランプ８を同期して発
光させ、一度に基板表面を短時間アニールする。このと
き、基板１は基板の耐熱温度近くまでヒータブロック６
で加熱しておく。また、これらの操作は真空チャンバー
内で行われる。この工程によりシリコン薄膜２の表面が
均一に結晶化する。続いて第１の実施例(図１(b))と同
様の工程でエキシマレーザービーム３の照射を行い、ポ
リシリコン薄膜２′を作成した。このポリシリコン薄膜
２′を使ってＴＦＴを作成し、特性のばらつきを測定し
たところ均一性が向上した。
【００２３】図３は本発明の第３の実施例におけるシリ
コン薄膜の結晶化方法の説明図であり、前述の手段(C)
に相当するものである。シリコン薄膜２(厚さ100nmのア
モルファスシリコン薄膜)を表面に被着した基板１(ガラ
ス基板)を基板ホルダー９に固定し、これに対してＳＯ
Ｒ光10を照射する。この工程によりシリコン薄膜２の表
面が均一に結晶化する。続いて第１の実施例の(図１
(b))と同様の工程でエキシマレーザービーム３の照射を
行い、ポリシリコン薄膜２′を作成する。このポリシリ
コン薄膜２′を使ってＴＦＴを作成し、特性のばらつき
を測定すれば均一性が向上する。
コン薄膜の結晶化方法の説明図であり、前述の手段(C)
に相当するものである。シリコン薄膜２(厚さ100nmのア
モルファスシリコン薄膜)を表面に被着した基板１(ガラ
ス基板)を基板ホルダー９に固定し、これに対してＳＯ
Ｒ光10を照射する。この工程によりシリコン薄膜２の表
面が均一に結晶化する。続いて第１の実施例の(図１
(b))と同様の工程でエキシマレーザービーム３の照射を
行い、ポリシリコン薄膜２′を作成する。このポリシリ
コン薄膜２′を使ってＴＦＴを作成し、特性のばらつき
を測定すれば均一性が向上する。
【００２４】図４は本発明の第４の実施例におけるシリ
コン薄膜の結晶化方法の説明図であり、先述の手段(D)
に相当するものである。シリコン薄膜２(厚さ100nmのア
モルファスシリコン薄膜)を表面に被着した基板１(ガラ
ス基板)に対して単位時間あたりの発振数は少ないが、
１ショット(パルス)あたりのエネルギーが大きい大出力
エキシマレーザービーム11(数Ｊ／パルス)を照射する。
この場合も長方形に整形されている。このとき、ビーム
サイズは液晶パネルのサイズより大きい。
コン薄膜の結晶化方法の説明図であり、先述の手段(D)
に相当するものである。シリコン薄膜２(厚さ100nmのア
モルファスシリコン薄膜)を表面に被着した基板１(ガラ
ス基板)に対して単位時間あたりの発振数は少ないが、
１ショット(パルス)あたりのエネルギーが大きい大出力
エキシマレーザービーム11(数Ｊ／パルス)を照射する。
この場合も長方形に整形されている。このとき、ビーム
サイズは液晶パネルのサイズより大きい。
【００２５】ここで、数Ｊあればライトバルブ用液晶表
示装置のサイズを一度に照射できる。現状ではパルスレ
ートが小さいため、１パルスあたりのレーザーエネルギ
ーの大きなエキシマレーザーのみでは生産性が悪い。続
いて第１の実施例の(図１(b))と同様の工程でエキシマ
レーザービーム３の照射を行い、ポリシリコン薄膜２′
を作成した。このポリシリコン薄膜２′を使ってＴＦＴ
を作成し、特性のばらつきを測定したところ大幅に均一
性が向上した。
示装置のサイズを一度に照射できる。現状ではパルスレ
ートが小さいため、１パルスあたりのレーザーエネルギ
ーの大きなエキシマレーザーのみでは生産性が悪い。続
いて第１の実施例の(図１(b))と同様の工程でエキシマ
レーザービーム３の照射を行い、ポリシリコン薄膜２′
を作成した。このポリシリコン薄膜２′を使ってＴＦＴ
を作成し、特性のばらつきを測定したところ大幅に均一
性が向上した。
【００２６】次に、従来より均質なポリシリコン薄膜が
得られることについての本発明の実験結果を示す図８お
よび図９により説明する。
得られることについての本発明の実験結果を示す図８お
よび図９により説明する。
【００２７】パルスレーザー照射を重ね合わせてシリコ
ン薄膜の結晶化を行う場合、先にも述べたように、照射
ビームの周辺部分で不均一性が起こる。まだ一度もレー
ザー照射されていないアモルファスシリコン薄膜２に、
図６(2)のようなエネルギー分布を持ったレーザービー
ムを１ショット照射した場合、図８に示した模式図のよ
うに、ビームが照射された場所(中央部と周辺部)により
シリコン薄膜２の結晶化状況が異なり、表面凹凸や結晶
粒径の違いが観察された。
ン薄膜の結晶化を行う場合、先にも述べたように、照射
ビームの周辺部分で不均一性が起こる。まだ一度もレー
ザー照射されていないアモルファスシリコン薄膜２に、
図６(2)のようなエネルギー分布を持ったレーザービー
ムを１ショット照射した場合、図８に示した模式図のよ
うに、ビームが照射された場所(中央部と周辺部)により
シリコン薄膜２の結晶化状況が異なり、表面凹凸や結晶
粒径の違いが観察された。
【００２８】ビーム中央部が照射された領域12は均質な
結晶性を示すのに対し、エネルギー分布が変化する周辺
部が照射された領域13は不均一な結晶性を示し、悪かっ
た。次に、レーザービームを少しずつずらしながら照射
したところ、図９に示すような不均一性な結晶性を示す
領域13が観察された。これはシリコン薄膜にとって最初
のレーザー照射(第１照射)による結晶性の不均一性が、
その後、繰り返しレーザー照射を行っても改善が進ま
ず、そのまま最後まで影響が残り、最終的な不均一性
(例えば、図７)を生む原因となっていることを示してい
る。
結晶性を示すのに対し、エネルギー分布が変化する周辺
部が照射された領域13は不均一な結晶性を示し、悪かっ
た。次に、レーザービームを少しずつずらしながら照射
したところ、図９に示すような不均一性な結晶性を示す
領域13が観察された。これはシリコン薄膜にとって最初
のレーザー照射(第１照射)による結晶性の不均一性が、
その後、繰り返しレーザー照射を行っても改善が進ま
ず、そのまま最後まで影響が残り、最終的な不均一性
(例えば、図７)を生む原因となっていることを示してい
る。
【００２９】これに対し、本発明では短時間アニールの
手段(A)〜(D)により、実現しようとする半導体装置のサ
イズより大面積で均一な結晶化がまず行われるため、従
来問題となっていた最初の結晶化(第１照射)の不均一性
が発生しないことになる。したがって、この後、移動度
を高めるために、パルスレーザーの一部分をオーバーラ
ップさせながらの複数回の照射を行っても最初の結晶化
の均一性が保たれるので、大幅に結晶化の均一性が向上
する。
手段(A)〜(D)により、実現しようとする半導体装置のサ
イズより大面積で均一な結晶化がまず行われるため、従
来問題となっていた最初の結晶化(第１照射)の不均一性
が発生しないことになる。したがって、この後、移動度
を高めるために、パルスレーザーの一部分をオーバーラ
ップさせながらの複数回の照射を行っても最初の結晶化
の均一性が保たれるので、大幅に結晶化の均一性が向上
する。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、基盤上
のシリコン薄膜に対し、実現しようとする半導体装置と
同一かまたは大きな領域について、基板全体が加熱しす
ぎない短時間アニールを行い、シリコン薄膜の少なくと
も表面部分を一度に結晶化する。この後、短時間アニー
ルで結晶化を行った領域よりレーザービームサイズが小
さいパルスレーザー光(エキシマレーザー光)を結晶化領
域に対して複数回照射し、かつパルスレーザー光の複数
の照射領域を重ね合わせることにより、従来より均質な
ポリシリコン薄膜が得られる。さらに作成されたポリシ
リコン薄膜を用いてＴＦＴを作成し、高性能(回路動作
が早く動作マージンが大きい，画面の表示品位が高い)
な表示装置(例えば、ＴＦＴ−ＬＣＤ)を提供される。
のシリコン薄膜に対し、実現しようとする半導体装置と
同一かまたは大きな領域について、基板全体が加熱しす
ぎない短時間アニールを行い、シリコン薄膜の少なくと
も表面部分を一度に結晶化する。この後、短時間アニー
ルで結晶化を行った領域よりレーザービームサイズが小
さいパルスレーザー光(エキシマレーザー光)を結晶化領
域に対して複数回照射し、かつパルスレーザー光の複数
の照射領域を重ね合わせることにより、従来より均質な
ポリシリコン薄膜が得られる。さらに作成されたポリシ
リコン薄膜を用いてＴＦＴを作成し、高性能(回路動作
が早く動作マージンが大きい，画面の表示品位が高い)
な表示装置(例えば、ＴＦＴ−ＬＣＤ)を提供される。
【図１】本発明の第１の実施例におけるシリコン薄膜の
結晶化方法の説明図である。
結晶化方法の説明図である。
【図２】本発明の第２の実施例におけるシリコン薄膜の
結晶化方法の説明図である。
結晶化方法の説明図である。
【図３】本発明の第３の実施例におけるシリコン薄膜の
結晶化方法の説明図である。
結晶化方法の説明図である。
【図４】本発明の第４の実施例におけるシリコン薄膜の
結晶化方法の説明図である。
結晶化方法の説明図である。
【図５】従来のシリコン薄膜の結晶化方法の様子を説明
する概要斜視図である。
する概要斜視図である。
【図６】図５で用いる長方形に整形されたエキシマレー
ザー光のビーム内エネルギー分布の一例図である。
ザー光のビーム内エネルギー分布の一例図である。
【図７】従来のシリコン薄膜の結晶化方法で作られたポ
リシリコン薄膜を用いたＴＦＴの移動度の分布例の様子
を示す図である。
リシリコン薄膜を用いたＴＦＴの移動度の分布例の様子
を示す図である。
【図８】本発明による結晶性ばらつきに関する実験結果
の説明図である。
の説明図である。
【図９】本発明による結晶性ばらつきに関する実験結果
の説明図である。
の説明図である。
１…基板、 ２…シリコン薄膜、 ２′…ポリシリコン
薄膜、 ３…長方形に整形されたエキシマレーザービー
ム、 ４…光学部品、 ５…キセノンフラッシュラン
プ、 ６…ヒーターブロック、 ７…ＸＹステージ、
８…赤外線ランプ、９…基板ホルダー、 10…ＳＯＲ
光、 11…大出力エキシマレーザービーム、12…均質な
結晶性を示す領域、 13…不均一な結晶性を示す領域。
薄膜、 ３…長方形に整形されたエキシマレーザービー
ム、 ４…光学部品、 ５…キセノンフラッシュラン
プ、 ６…ヒーターブロック、 ７…ＸＹステージ、
８…赤外線ランプ、９…基板ホルダー、 10…ＳＯＲ
光、 11…大出力エキシマレーザービーム、12…均質な
結晶性を示す領域、 13…不均一な結晶性を示す領域。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮田 豊 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (7)
- 【請求項１】 基板上に形成したシリコン薄膜に対し、
フラッシュランプアニール法により前記シリコン薄膜の
少なくとも表面部分を結晶化し、この後、レーザービー
ムサイズが前記結晶化を行った領域より小さい第１のパ
ルスレーザー光を前記結晶化領域に対して複数回照射
し、かつ前記第１のパルスレーザー光の複数の照射領域
を重ね合わせることを特徴とするシリコン薄膜の結晶化
方法。 - 【請求項２】 基板上に形成したシリコン薄膜に対し、
赤外線ランプアニール法により前記シリコン薄膜の少な
くとも表面部分を結晶化し、この後、レーザービームサ
イズが前記結晶化を行った領域より小さい第１のパルス
レーザー光を前記結晶化領域に対して複数回照射し、か
つ前記第１のパルスレーザー光の複数の照射領域を重ね
合わせることを特徴とするシリコン薄膜の結晶化方法。 - 【請求項３】 基板上に形成したシリコン薄膜に対し、
ＳＯＲ光照射により前記シリコン薄膜の少なくとも表面
部分を結晶化し、この後、レーザービームサイズが前記
結晶化を行った領域より小さい第１のパルスレーザー光
を前記結晶化領域に対して複数回照射し、かつ前記第１
のパルスレーザー光の複数の照射領域を重ね合わせるこ
とを特徴とするシリコン薄膜の結晶化方法。 - 【請求項４】 基板上に形成したシリコン薄膜に対し、
第２のパルスレーザー光照射により前記シリコン薄膜の
少なくとも表面部分を結晶化し、その後レーザービーム
サイズが前記結晶化を行った領域より小さい第１のパル
スレーザー光を前記結晶化領域に対して複数回照射し、
かつ前記第１のパルスレーザー光の複数の照射領域を重
ね合わせることを特徴とするシリコン薄膜の結晶化方
法。 - 【請求項５】 第１のパルスレーザー光がエキシマレー
ザー光であることを特徴とする請求項１，２，３または
４記載のシリコン薄膜の結晶化方法。 - 【請求項６】 エキシマレーザー光を徐々に移動しつ
つ、被照射物に対してレーザー光をオーバーラップさせ
ながら複数回照射を行うことを特徴とする請求項５記載
のシリコン薄膜の結晶化方法。 - 【請求項７】 請求項１ないし４記載のいずれかのシリ
コン薄膜の結晶化方法で結晶化を行った基板上のシリコ
ン薄膜を用いたことを特徴とする表示装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25068193A JP3197707B2 (ja) | 1993-10-06 | 1993-10-06 | シリコン薄膜の結晶化方法および表示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25068193A JP3197707B2 (ja) | 1993-10-06 | 1993-10-06 | シリコン薄膜の結晶化方法および表示装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07106247A true JPH07106247A (ja) | 1995-04-21 |
| JP3197707B2 JP3197707B2 (ja) | 2001-08-13 |
Family
ID=17211466
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25068193A Expired - Fee Related JP3197707B2 (ja) | 1993-10-06 | 1993-10-06 | シリコン薄膜の結晶化方法および表示装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3197707B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6165875A (en) * | 1996-04-10 | 2000-12-26 | The Penn State Research Foundation | Methods for modifying solid phase crystallization kinetics for A-Si films |
| JP2001035789A (ja) * | 1998-07-17 | 2001-02-09 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 結晶性半導体薄膜及びその作製方法並びに半導体装置及びその作製方法 |
| JP2001035790A (ja) * | 1998-07-17 | 2001-02-09 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 結晶性半導体薄膜及びその作製方法並びに半導体装置及びその作製方法 |
| WO2002047137A1 (fr) * | 2000-12-08 | 2002-06-13 | Sony Corporation | Procede de formation de couche mince a semi-conducteur, procedes de production pour dispositif a semi-conducteur et dispositif electrooptique, dispositifs utilises dans ces procedes, dispositif a semi-conducteur et dispositif electrooptique |
| US7157340B2 (en) | 2004-02-09 | 2007-01-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method of fabrication of semiconductor device |
| KR100739279B1 (ko) * | 2002-11-20 | 2007-07-12 | 우시오덴키 가부시키가이샤 | 전기 전도성 제어 방법 |
| US7892952B2 (en) * | 2001-10-30 | 2011-02-22 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Laser apparatus, laser irradiation method, manufacturing method for semiconductor device, semiconductor device, production system for semiconductor device using the laser apparatus, and electronic equipment |
-
1993
- 1993-10-06 JP JP25068193A patent/JP3197707B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6165875A (en) * | 1996-04-10 | 2000-12-26 | The Penn State Research Foundation | Methods for modifying solid phase crystallization kinetics for A-Si films |
| JP2001035789A (ja) * | 1998-07-17 | 2001-02-09 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 結晶性半導体薄膜及びその作製方法並びに半導体装置及びその作製方法 |
| JP2001035790A (ja) * | 1998-07-17 | 2001-02-09 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 結晶性半導体薄膜及びその作製方法並びに半導体装置及びその作製方法 |
| WO2002047137A1 (fr) * | 2000-12-08 | 2002-06-13 | Sony Corporation | Procede de formation de couche mince a semi-conducteur, procedes de production pour dispositif a semi-conducteur et dispositif electrooptique, dispositifs utilises dans ces procedes, dispositif a semi-conducteur et dispositif electrooptique |
| US7183229B2 (en) | 2000-12-08 | 2007-02-27 | Sony Corporation | Semiconductor thin film forming method, production methods for semiconductor device and electrooptical device, devices used for these methods, and semiconductor device and electrooptical device |
| US7892952B2 (en) * | 2001-10-30 | 2011-02-22 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Laser apparatus, laser irradiation method, manufacturing method for semiconductor device, semiconductor device, production system for semiconductor device using the laser apparatus, and electronic equipment |
| KR100739279B1 (ko) * | 2002-11-20 | 2007-07-12 | 우시오덴키 가부시키가이샤 | 전기 전도성 제어 방법 |
| US7157340B2 (en) | 2004-02-09 | 2007-01-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method of fabrication of semiconductor device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3197707B2 (ja) | 2001-08-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6755909B2 (en) | Method of crystallizing amorphous silicon using a mask | |
| US6818568B2 (en) | Method of using beam homogenizer and laser irradiation apparatus | |
| CN1614756B (zh) | 半导体器件及其制造方法 | |
| US7481880B2 (en) | Mask and method for crystallizing amorphous silicon | |
| US7078649B2 (en) | Method of forming semiconductor thin-film and laser apparatus used therefore | |
| JPH1164883A (ja) | 多結晶半導体薄膜の製造方法および製造装置 | |
| JPH01256114A (ja) | レーザアニール方法 | |
| JP2003066368A (ja) | レーザ照射方法およびレーザ照射装置、並びに半導体装置の作製方法 | |
| US6686978B2 (en) | Method of forming an LCD with predominantly <100> polycrystalline silicon regions | |
| US6759628B1 (en) | Laser annealing apparatus | |
| US7700892B2 (en) | Sequential lateral solidification device and method of crystallizing silicon using the same | |
| US20190157462A1 (en) | Laser beam irradiation device, thin-film transistor, and method of manufacturing thin-film transistor | |
| US20020102821A1 (en) | Mask pattern design to improve quality uniformity in lateral laser crystallized poly-Si films | |
| JPH07106247A (ja) | シリコン薄膜の結晶化方法および表示装置 | |
| US7728256B2 (en) | Silicon crystallization apparatus and silicon crystallization method thereof | |
| US20030148566A1 (en) | Production method for flat panel display | |
| US6396560B1 (en) | Method of producing liquid crystal display panel | |
| JPH11121392A (ja) | 半導体装置の製造方法及び液晶表示装置の製造方法 | |
| US7696449B2 (en) | Silicon crystallizing device | |
| JP3196132B2 (ja) | 液晶ディスプレイ基板の製造方法、半導体結晶の評価方法、半導体結晶薄膜の製造方法及び半導体結晶薄膜の製造装置 | |
| JPH0945632A (ja) | レーザーアニール方法及び半導体膜の溶融結晶化方法 | |
| JP3534069B2 (ja) | 半導体薄膜、その製造方法ならびに半導体薄膜の製造装置 | |
| JP2003151915A (ja) | レーザ照射装置 | |
| US20200168642A1 (en) | Laser irradiation device, projection mask, laser irradiation method, and program | |
| JPH07135173A (ja) | シリコン薄膜の結晶化方法および薄膜トランジスタ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 8 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090608 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100608 Year of fee payment: 9 |
|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100608 Year of fee payment: 9 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |